航空發(fā)動機關(guān)鍵部件形狀優(yōu)化研究.pdf

1、航空發(fā)動機作為航空飛行器的“心臟”，直接影響著飛行器的性能，在國家安全和國民經(jīng)濟領(lǐng)域具有重要作用。發(fā)動機性能指標(biāo)中最重要參數(shù)之一就是推重比。對典型部件進行輕量化設(shè)計不僅可以提高發(fā)動機的推重比，還可以帶來直接的經(jīng)濟效益，因此減重優(yōu)化設(shè)計一直是航空學(xué)者們的研究重點。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，將CAD/CAE技術(shù)結(jié)合優(yōu)化技術(shù)進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，已成為航空發(fā)動機設(shè)計階段的一個重要環(huán)節(jié)。
　　輪盤和空心風(fēng)扇葉片作為航空發(fā)動機關(guān)鍵部件，也是發(fā)動機的

2、主要承重部件。因此本文以輪盤和空心風(fēng)扇葉片研究對象，結(jié)合UG建模軟件和ANSYS有限元分析軟件，利用基于近似模型的全局優(yōu)化方法在Matlab環(huán)境中實現(xiàn)了部件的減重優(yōu)化設(shè)計。本文具體的研究工作主要包括三個部分:
　　(1)螺栓孔二維簡化模型的精度研究。多級輪盤三維有限元分析工作量巨大，因此常用二維軸對稱模型進行替代分析。由于螺栓孔為非軸對稱結(jié)構(gòu)，若用平面應(yīng)力單元模擬，需要考核二維計算的精度。另外，本文針對帶孔輪盤提出一種二維/三維混

3、合模型的分析方法，并通過算例證明了該方法對孔邊應(yīng)力和位移的計算具有較高的精度，為帶孔模型的精確高效計算提供了一種有效的方法。
　　(2)多級輪盤的優(yōu)化設(shè)計。首先對多級輪盤二維軸對稱模型進行參數(shù)化建模和多物理場耦合計算。在原始設(shè)計的基礎(chǔ)上，以多個應(yīng)力水平作為約束指標(biāo)，針對不同的優(yōu)化目標(biāo)進行了兩種方案的優(yōu)化設(shè)計。兩種方案利用CORS-RBF優(yōu)化方法均獲得了滿足約束要求的設(shè)計方案。
　　(3)空心風(fēng)扇葉片的優(yōu)化設(shè)計。本文研究了空心